專(zhuān)利名稱(chēng)：：用鉍進(jìn)行索氏體化的鋼絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：根據(jù)一個(gè)方面，本實(shí)用新型涉及冷拔碳素鋼絲。根據(jù)第二方面，本實(shí)用新型涉及受控冷卻高碳鋼絲的方法。根據(jù)第三方面，本實(shí)用新型涉及用于高碳鋼絲的連續(xù)受控冷卻的設(shè)備。
背景技術(shù)：
：高碳冷拔鋼絲在本領(lǐng)域是公知的。冷拔被用來(lái)獲得最終的直徑和提高鋼絲的抗拉強(qiáng)度。然而，拉拔的程度受到限制。拉拔的程度越高，則鋼絲越脆弱，并且更難以進(jìn)一步減小鋼絲直徑而不導(dǎo)致過(guò)多的鋼絲斷裂。市場(chǎng)有售的線材直徑通常是5.50mm或6.50mm。從線材直接拉拔至非常細(xì)的直徑是不可能的。上面提及的有限拉拔程度是為什么讓各拉拔步驟與一個(gè)或多個(gè)中間熱處理交替進(jìn)行的原因。這些熱處理"重組"鋼絲的內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)，以便可以發(fā)生進(jìn)一步變形而不增加鋼絲斷裂的頻率。該熱處理主要是索氏體化處理，即加熱至高于奧氏體化溫度，接著將鋼絲冷卻至50(TC至68(TC之間，從而允許從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提供了用于實(shí)現(xiàn)該冷卻階段和從奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變的幾種方式。冷卻階段或轉(zhuǎn)變階段可以在鉛浴槽或鉛合金浴槽中進(jìn)行，諸如在GB-B-1011972(申請(qǐng)日1961年11月14日)中公開(kāi)的那樣。從冶金學(xué)的角度來(lái)看，這是獲得恰當(dāng)?shù)挠糜谑沟媚軌驅(qū)︿摻z進(jìn)一步拉拔的金屬結(jié)構(gòu)的最佳方法。其原因與熔化的鉛和鋼絲之間的良好熱傳遞有關(guān)，從奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變幾乎是等溫的。這給出因此轉(zhuǎn)變的鋼絲的晶粒的小尺寸、非常均勻的金相結(jié)構(gòu)和索氏體化的鋼絲的中間抗拉強(qiáng)度上的低差異。然而，鉛浴槽可能引起相當(dāng)多的環(huán)境問(wèn)題。越來(lái)越多地，鉛因其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響而被法律所禁止。另外，鉛可能隨著鋼絲被帶出，從而引起鋼絲的下游處理步驟中的質(zhì)量問(wèn)題。因此，多年以來(lái)對(duì)在鋼絲處理中避免鉛和具有替換性的轉(zhuǎn)變或冷卻方法的需求日益增長(zhǎng)。EP-A-0181653(優(yōu)先權(quán)日1984年10月19日)和EP-B1-0410501公開(kāi)了將流化床用于奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變?？梢允强諝夂腿紵龤怏w的組合的氣體使顆粒床流體化。這些顆粒負(fù)責(zé)鋼絲的冷卻。流化床技術(shù)可以使索氏體化的鋼絲具有恰當(dāng)?shù)慕饘俳Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有細(xì)的晶粒尺寸和相對(duì)均勻的金相結(jié)構(gòu)。另外，流化床避免了鉛的使用。然而，流化床需要高設(shè)備投資成本和高操作或維護(hù)成本。奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變還可以在水浴槽中完成，諸如在EP-A-0216434(優(yōu)先權(quán)日1985年9月27日)中公開(kāi)的那樣。與流化床技術(shù)相比，水浴索氏體化具有低投資成本和低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)。然而，水浴索氏體化可能給小于2.8mm的線徑帶來(lái)問(wèn)題。其原因是鋼絲的熱容量正比于其體積，鋼絲的體積正比于d、其中d是鋼絲的直徑熱容量二QXd2鋼絲的表面正比于其直徑d:表面=〇2乂(1[0013]因此，與表面成正比并且與熱容量成反比的冷卻速度與直徑d成反比冷卻速度=(C2Xd)/(QXd2)=C3/d結(jié)果是細(xì)鋼絲冷卻過(guò)快，這增大了形成貝氏體或馬氏體的危險(xiǎn)。EP-0524689(優(yōu)先權(quán)日1991年7月22日)公開(kāi)了與水浴索氏體化有關(guān)的上述問(wèn)題的解決方案。冷卻通過(guò)與一個(gè)或多個(gè)空氣冷卻周期交替出現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)水冷卻周期完成?？諝庵械睦鋮s速度不如水中的那么高。通過(guò)讓水冷卻與空氣冷卻交替進(jìn)行，避免直徑大于約1.10mm的鋼絲形成貝氏體或馬氏體。與水浴索氏體化一樣，該水浴/空氣浴/水浴索氏體化在投資成本和維護(hù)成本上比較便宜。然而，水浴/空氣浴/水浴索氏體化方法也具有其內(nèi)在的限制。第一限制是對(duì)于非常細(xì)的線徑，最小的水浴槽也可能引起形成貝氏體或馬氏體的危險(xiǎn)。第二限制是水浴/空氣浴/水浴索氏體化產(chǎn)生過(guò)于柔軟的金屬結(jié)構(gòu)，即其晶粒尺寸要比通過(guò)鉛浴索氏體化或流化床索氏體化可獲得的晶粒尺寸大。這種柔軟結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度減小。另外，金相結(jié)構(gòu)不是非常均勻，索氏體化的鋼絲的中間抗拉強(qiáng)度上的差異可能比較高。省略所有的水浴槽而只使用空氣浴索氏體化是一種選擇，其優(yōu)點(diǎn)是形成貝氏體或馬氏體的危險(xiǎn)不存在或非常有限。然而，空氣浴索氏體化導(dǎo)致比水浴索氏體化或者水浴/空氣浴/水浴索氏體化更柔軟和更不均勻的金屬結(jié)構(gòu)。上述現(xiàn)有技術(shù)表明需要一種對(duì)環(huán)境有利的鋼絲連續(xù)和受控冷卻方法，其使中間鋼絲具有索氏體化鋼絲的高的中間水平抗拉強(qiáng)度、小晶粒尺寸和均勻的金相結(jié)構(gòu)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的總體目標(biāo)是避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本實(shí)用新型的第一目標(biāo)是提供一種對(duì)環(huán)境無(wú)害的索氏體化方法和設(shè)備。本實(shí)用新型的第二目標(biāo)是提供一種使鋼絲具有與通過(guò)鉛浴索氏體化或流化床索氏體化獲得的金屬結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)慕饘俳Y(jié)構(gòu)的索氏體化方法和設(shè)備。本實(shí)用新型的第三目標(biāo)是避免索氏體化之后在鋼絲的下游加工中的質(zhì)量問(wèn)題。本實(shí)用新型的第四目標(biāo)是提供一種與鋼絲直徑無(wú)關(guān)的鋼絲受控和連續(xù)冷卻方法。根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供了在其表面上具有微量鉍的冷拔碳素鋼絲。術(shù)語(yǔ)"碳素鋼絲"指的是具有其中碳含量范圍在O.10%至1.20%之間、優(yōu)選0.45%至1.10%之間的普碳鋼成分的鋼絲。這種鋼成分還可能包括O.30%至1.50%的錳和O.10%至0.60%之間的硅。硫和磷的數(shù)量分別限于0.05%。該鋼成分還可能包括其它元素，諸如鉻、鎳、釩、硼、鋁、銅、鉬、鈦。該鋼成分的剩余部分為鐵。上述百分比均為重量百分比。術(shù)語(yǔ)"在其表面上"指的是最上面的1-3單層。術(shù)語(yǔ)"微量"意指數(shù)量存在但是有限，以致于它們除了是之前的操作或處理步驟的剩余部分之外不具有其它功能。微量鉍是先前的利用鉍的索氏體化處理的剩余部分。在索氏體化處理之后，鋼絲已被冷拔成具有其最終直徑的鋼絲。作為第一實(shí)例，這種冷拔碳素鋼絲可以用作鋸絲。作為第二實(shí)例，這種冷拔碳素鋼絲可以用在用于橡膠產(chǎn)品或聚合物產(chǎn)品的增強(qiáng)的鋼簾線中。在這兩種應(yīng)用中，作為鋸絲或者鋼簾線中的鋼絲，該鋼絲可以涂覆提供抗腐蝕性的金屬涂層、或者涂覆導(dǎo)致與橡膠或聚合物的粘性得到改善的金屬涂層。鉍是一種熔點(diǎn)低(271.3°C)的白色且易碎的晶體金屬。雖然是重金屬，但是鉍被認(rèn)為是從環(huán)境和健康角度看最安全的元素之一。鉍不具有致癌性。因此，使用鉍避免了在使用鉛時(shí)常見(jiàn)的環(huán)境問(wèn)題。在下文中，將提及使用鉍的其它優(yōu)點(diǎn)。在鋼絲的索氏體化中，用鉍代替鉛形成類(lèi)似的從奧氏體到珠光體的等溫轉(zhuǎn)變，和與通過(guò)鉛浴索氏體化獲得的特性相當(dāng)?shù)奶匦?，諸如小的晶粒尺寸、非常均勻的金相結(jié)構(gòu)和索氏體化鋼絲的高中間抗拉強(qiáng)度。鉍浴槽不含鉛。當(dāng)采取合適的措施(這將在下面進(jìn)行解釋)時(shí)，鉍的帶出可被限制到非常小的數(shù)量。因此，不存在由鉍引起的對(duì)鋼絲下游加工步驟的不利影響。鉍浴索氏體化可以在非常細(xì)的中間線徑上完成。因此，在最終的鋼絲拉拔之后，可以獲得非常細(xì)的最終鋼絲直徑和相關(guān)的高的最終抗拉強(qiáng)度。根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供了高碳鋼絲的連續(xù)受控冷卻方法，例如高碳鋼絲的索氏體化方法。該方法包括在冷卻階段使鋼絲接觸鉍的步驟。優(yōu)選地，引導(dǎo)鋼絲通過(guò)鉍浴槽。該槽不含鉛。根據(jù)本實(shí)用新型的第三方面，提供了用于高碳鋼絲的連續(xù)和受控冷卻的設(shè)備。該設(shè)備包括鉍浴槽。鋼絲在冷卻階段與槽內(nèi)的鉍發(fā)生接觸。在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，鉍浴槽具有允許進(jìn)行獨(dú)立的溫度監(jiān)視和/或控制的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域。在本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例中，試圖減少該設(shè)備中的鉍的數(shù)量。其原因是與鉛相比，鉍相對(duì)昂貴些。減小鉍的體積的方法之一是將所謂的"死體"引入槽中。術(shù)語(yǔ)"死體"指的是除減少鉍的量之外沒(méi)有其它功能的主體。圖1示出了鉍浴槽的一個(gè)實(shí)施例的縱向剖面圖；圖2示出了鉍浴槽的另一實(shí)施例的橫向剖面圖。具體實(shí)施方式圖1示出了鋼絲10的索氏體化處理中的冷卻步驟。高碳鋼棒首先被冷拔成具有中間鋼絲直徑的中間鋼絲。該中間鋼絲直徑可以在很大范圍內(nèi)變化，因?yàn)殂G冷卻與鋼絲直徑無(wú)關(guān)。該中間鋼絲直徑可以降至0.70mm和更低。中間鋼絲10首先在火爐(未示出)中被加熱至高于奧氏體化溫度，例如，對(duì)于0.80wt^的碳鋼，溫度約為900°C。在離開(kāi)火爐之后，鋼絲10被立即放入鉍14的浴槽12中。已有的鉛浴槽現(xiàn)在可以被用作鉍浴槽，只需用鉍取代鉛。然而，鉍要比鉛貴很多，因此優(yōu)選采取措施減小所需要的鉍的體積。鉍14的浴槽12可以包括死體，諸如毛坯鐵塊16。這些死體的功能僅限于減少所需要的鉍的數(shù)量。[0047]圖2示出了設(shè)備20的另一實(shí)施例，其中已試圖減少所需要的鉍14的量。多根平行的鋼絲IO在小的鉍14的浴槽中延伸，其中所述浴槽通過(guò)支撐元件24"enbainmarie"被設(shè)置在較大的熔化鹽的浴槽或鉛的浴槽22中。鉍浴槽12的長(zhǎng)度可以被分成單獨(dú)和獨(dú)立地進(jìn)行監(jiān)視和/或控制溫度的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域。舉例而言，該鉍浴槽可以分成兩個(gè)區(qū)。第一區(qū)包括用于加熱和冷卻的主要部分。第二區(qū)包括僅用于加熱的裝置，因?yàn)殇摻z10已經(jīng)得到很大程度地冷卻。鉍浴槽的加熱可以借助外部火爐、借助浸沒(méi)式導(dǎo)電線圈或者通過(guò)感應(yīng)來(lái)完成。鉍浴槽的局部冷卻可以借助在鉍浴槽內(nèi)或周?chē)墓艿乐行羞M(jìn)的空氣或氣體來(lái)完成。中間鋼絲的金屬結(jié)構(gòu)關(guān)于直徑為1.48mm、0.80wt%的中間碳素鋼絲的實(shí)驗(yàn)表明可以獲得中間抗拉強(qiáng)度Rm，該中間抗拉強(qiáng)度幾乎與在鉛浴槽中索氏體化的相同鋼絲的中間抗拉強(qiáng)度Rm—樣高(例如為其99%)。類(lèi)似地，在鉍浴槽中索氏體化的中間鋼絲的晶粒尺寸與在鉛浴槽中索氏體化的相同鋼絲的晶粒尺寸相當(dāng)。相同地，在鉍浴槽中索氏體化的中間鋼絲的金相結(jié)構(gòu)的均勻性差不多等于在鉛浴槽中索氏體化的中間鋼絲的金相結(jié)構(gòu)的均勻性。在鉍浴槽中索氏體化的鋼絲還具有不脫碳(即鋼絲表面上的碳的損失)或脫碳非常有限的優(yōu)點(diǎn)。鉍的帶出如果盡可能地使鉍浴槽不含氧化物或者如果在鋼絲表面上具有氧化層，則鉍的帶出可以避免或者至少受到非常高程度地限制。當(dāng)借助無(wú)煙煤覆蓋鉍浴槽時(shí)，鉍浴槽可以保持基本不含氧化物。除了在奧氏體化期間產(chǎn)生的鐵的氧化物之外，鐵的氧化物還可以在鉍浴槽內(nèi)產(chǎn)生，因?yàn)橐簯B(tài)鉍對(duì)鋼的腐蝕率非常高。鐵的氧化物Fe0、Fe^3和Fe304不與鉍反應(yīng)，且不引起帶出。只有Fe可以導(dǎo)致Bi的帶出。這與鉛浴槽形成對(duì)比，在鉛浴槽中Fe和Fe^3都可以導(dǎo)致Pb的帶出。因此，被帶出的鉍的量可以保持最少，由此可能的下游加工步驟的中毒可以保持最少。仍存在于最終的鋼絲上的鉍的量盡管鉍的帶出量非常有限，但是微量的鉍仍然可以在最終的鋼絲上觀察到，S卩，即使在給中間鋼絲涂覆黃銅或鋅之后和在將鋼絲拉拔成其直徑例如小于0.40mm、例如小于0.30mm、例如小于0.20mm的最終的鋼絲之后。微量的鉍可以通過(guò)飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(ToF-SIMS)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。ToF-SMS以ppm級(jí)的靈敏度和降至100nm的側(cè)向分辨率提供有關(guān)最上面的1至3個(gè)單層的原子和分子成分的信息。ToF-SIMS不是內(nèi)在量化的技術(shù)，因?yàn)樗鶛z測(cè)的強(qiáng)度取決于環(huán)境材料的化學(xué)成分(所謂"基體效應(yīng)")。如果待比較的樣品的化學(xué)環(huán)境類(lèi)似的話，則可以獲得半量化的信息。ION-TOF"TOF-SIMSIV"SIMS儀器被用于本實(shí)用新型的ToF-SIMS測(cè)量。分別利用能量為25keV的Bi^Ce:執(zhí)行對(duì)表面的離子轟擊。從20iimX20iim的區(qū)域中獲取光譜。只有帶正電的二次離子被檢測(cè)到。在分析之前利用10keV的Ce。+對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行至少10秒鐘的濺射清洗以將有機(jī)污染物從表面上除去。表1:利用C6。+分析槍獲得的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>參考1涉及已在水浴/空氣浴/水浴設(shè)備中索氏體化的0.120mm(120ym)的涂覆黃銅的鋼絲。參考2(本實(shí)用新型)涉及根據(jù)本實(shí)用新型制成的0.120mm(120iim)的涂覆黃銅的鋼絲。參考3涉及已在鉛浴槽中索氏體化的0.120mm(120ym)的涂覆黃銅的鋼絲。數(shù)字"1"指的是第一位置，數(shù)字"2"指的是第二位置。表2:利用Bi/分析槍獲得的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>樣品與表l相同?？s寫(xiě)的含義與表l相同?！愣裕诶肅e。+槍進(jìn)行分析時(shí)，本實(shí)用新型的樣品給出的數(shù)量是在索氏體化時(shí)未通過(guò)鉍浴槽的樣品上測(cè)量到的數(shù)量至少8倍，例如10倍。同樣地，一般而言，在利用BiJ槍進(jìn)行分析時(shí)，本實(shí)用新型的樣品給出的數(shù)量是在索氏體化時(shí)未通過(guò)鉍浴槽的樣品上測(cè)量到的數(shù)量至少2倍，例如3倍。即使C6。+分析槍和BiJ分析槍給出未通過(guò)鉍浴槽的樣品上的數(shù)值。這必須利用該分析的非常敏感性和在非常局部的特征上進(jìn)行，例如只對(duì)20mX20m的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查。參考1的樣品和參考2的樣品上的Bi離子水平應(yīng)被看作不可避免的噪聲。通常，我們可以說(shuō)對(duì)于本實(shí)用新型的樣品而言，Bi已被檢測(cè)出明顯高于噪聲水平(在C6。+的情況下=8至10倍，而在BiJ的情況下=2至3倍)，并且Pb已被檢測(cè)出為噪聲水平。對(duì)于已經(jīng)在PbBi浴槽中索氏體化的鋼絲，Bi和Pb均被檢測(cè)出高于噪聲水平。權(quán)利要求一種冷拔碳素鋼絲，其特征在于，所述鋼絲的表面帶有微量鉍。2.如權(quán)利要求1所述的鋼絲，其特征在于，所述鋼絲是鋸絲。3.—種用于強(qiáng)化橡膠產(chǎn)品或聚合物產(chǎn)品的鋼簾線，其特征在于，所述鋼簾線包括一根或多根如權(quán)利要求1所述的鋼絲。4.一種用于高碳鋼絲的連續(xù)受控冷卻的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括鉍浴槽，在所述鉍浴槽中所述鋼絲與鉍形成接觸。5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述鉍浴槽具有允許獨(dú)立地監(jiān)視和控制溫度的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域。6.如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述鉍浴槽包括用來(lái)減少所需的鉍的體積的主體。專(zhuān)利摘要一種冷拔碳素鋼絲，其表面帶有微量鉍。該鋼絲可以被用作鋸絲或者鋼簾線的一部分。在其制造過(guò)程中，通過(guò)使鋼絲接觸鉍而使鋼絲經(jīng)歷受控冷卻。鉍可以取代鉛而不危害環(huán)境。文檔編號(hào)C21D9/52GK201447495SQ20092000564公開(kāi)日2010年5月5日申請(qǐng)日期2009年4月9日優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日發(fā)明者D·梅爾紹特,K·瓦諾韋貝格,W·德凱澤申請(qǐng)人:貝卡爾特股份有限公司